EP4000872A1 - Heizsystem zum erwärmen eines fluidstroms - Google Patents

Heizsystem zum erwärmen eines fluidstroms Download PDF

Info

Publication number
EP4000872A1
EP4000872A1 EP21209435.3A EP21209435A EP4000872A1 EP 4000872 A1 EP4000872 A1 EP 4000872A1 EP 21209435 A EP21209435 A EP 21209435A EP 4000872 A1 EP4000872 A1 EP 4000872A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating
channel
heat
material bed
heating system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21209435.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP4000872A8 (de
Inventor
Ewald Wagner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP4000872A1 publication Critical patent/EP4000872A1/de
Publication of EP4000872A8 publication Critical patent/EP4000872A8/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/002—Air heaters using electric energy supply
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/02—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure
    • B29C65/10—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor by heating, with or without pressure using hot gases (e.g. combustion gases) or flames coming in contact with at least one of the parts to be joined
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/78—Means for handling the parts to be joined, e.g. for making containers or hollow articles, e.g. means for handling sheets, plates, web-like materials, tubular articles, hollow articles or elements to be joined therewith; Means for discharging the joined articles from the joining apparatus
    • B29C65/80—Rotatable transfer means for loading or unloading purposes, i.e. turret transfer means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/739—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/7392—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/0052—Details for air heaters
    • F24H9/0057—Guiding means
    • F24H9/0063—Guiding means in air channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/02—Air heaters with forced circulation
    • F24H3/06—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators
    • F24H3/08—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators by tubes
    • F24H3/081—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators by tubes using electric energy supply

Definitions

  • the present invention relates to a heating system for heating a fluid flow, in particular for a hot gas welding system.
  • the present invention also relates to a heating element for such a heating system and a hot-gas welding system, in particular for hot-gas welding of plastic workpieces.
  • the invention also relates to a method for heating a fluid flow, in particular for hot gas welding of plastic workpieces.
  • Heating systems for heating a gas stream are used for hot gas welding of plastic parts. After the heating, such a gas stream is directed onto the workpiece sections to be welded and then the heated workpiece sections can be brought together and thus welded to one another. It is known to use thermally conductive plates for heating the gas flow, into which so-called gas paths are introduced mechanically, for example by milling.
  • the gas paths can be arranged in a meandering or serpentine manner in a heat-conducting plate.
  • the number of gas paths in a panel is severely limited by meandering or serpentine arrangements of gas paths. If a relatively large number of gas paths is required, for example in the case of complex geometries of workpieces to be welded, additional plates must be provided. This increases the outlay on equipment, which can lead to high system costs.
  • the object of the present invention was to specify a heating system in which heat can be transferred to a fluid to be heated with only little structural effort or with only a small space requirement.
  • the task consisted in specifying a radiator for such a heating system and a hot-gas welding system equipped with such a heating system.
  • the task was also to specify a method for heating a fluid flow.
  • a heating system according to the invention for heating a fluid flow is particularly suitable for use in a hot gas welding system or is designed and/or set up for use in a hot gas welding system.
  • a hot gas welding system can in particular be a hot gas welding system for welding plastic workpieces.
  • a heating system is equipped with a material bed made of thermally conductive and/or heat-storing bulk material, with at least one channel arranged within the material bed for conducting a fluid flow to be heated, and with at least one heating source arranged in and/or on the material bed for generating heat for the Heating the at least one channel.
  • At least one bluff body is provided in the channel to generate and/or intensify a turbulent flow.
  • Such a disruptive body is, in particular, a foreign body arranged in the respective channel, ie a foreign body which is formed independently of the channel and is introduced or introduced into it.
  • the space available for heat transfer to a fluid flow to be heated can be used more effectively by means of a bluff body provided according to the invention.
  • the laminar flow inside the channel is interrupted by such a bluff body.
  • a turbulent flow occurs when the flow flows around the bluff body, or a turbulent flow is intensified as a result. This leads to an improved or more efficient exchange of energy, ie from the material bed to the fluid flow.
  • the at least one channel can be formed in a pipe and/or hose embedded in the material bed.
  • a pipe and/or hose can be inserted or embedded in a material bed made of bulk material with little effort and with a high degree of flexibility.
  • different geometric arrangements of a tube or hose can be flexibly implemented in a material bed.
  • multiple channels of the heating system can be formed in multiple tubes and/or hoses.
  • a plurality of tubes and/or hoses can be embedded in the material bed in a suitable manner.
  • the arrangement of the pipes and/or hoses relative to one another can be selected flexibly with regard to the respective requirements.
  • Channels that are fluidically independent of one another can be provided by a plurality of pipes and/or hoses.
  • a heated fluid for example inert gas, can flow uniformly onto different areas of the workpieces to be welded. This preferably allows the welding of workpieces with complex geometries.
  • the at least one channel can be formed in a corrugated tube embedded in the material bed.
  • a corrugated tube embedded in the material bed.
  • several corrugated hoses can be embedded in the material bed.
  • Corrugated hoses have a relatively large outer surface which, when arranged in a bed of material, absorbs heat from the bed of material in a particularly suitable manner. Due to the large contact surface, heat can be transferred efficiently to a fluid flowing in the corrugated hose.
  • corrugated hoses can be easily deformed and thus advantageously positioned within the material bed or relative to one another in the material bed.
  • the material bed can be formed by bulk material made of thermally conductive and/or heat-storing and/or compacted sand, metal powder and/or granules.
  • a sand can have heat-storing properties and a metal powder can have heat-conducting properties.
  • a granulate can have predominantly heat-storing properties and/or predominantly have thermally conductive properties.
  • a granulate can consist of metal or plastic or ceramic or stone material.
  • the material bed is formed by a bulk material mixture, in particular by a compacted bulk material mixture and/or a bulk material mixture of a thermally conductive metal material and heat-storing sand and/or rock material.
  • a thermally conductive metal material can ensure good heat transfer properties, namely from a heat source into the bulk material mixture and out of the bulk material mixture to the fluid to be heated.
  • a sand and/or rock material can have good heat-storing properties, so that thermal energy is retained in the material bed over a longer period of time. As a result, longer cycle times can be achieved for heating up the material bed, as a result of which the service life of the heat source can be extended, particularly when it is designed with electrical components.
  • the heating source can be designed as an electric heating cartridge and/or heating coil.
  • a heat source can be provided inexpensively and ensures flexible heating of the material bed, in particular with freely selectable heating temperatures and/or heating cycles.
  • the heat source can be embedded at least in sections or completely in the material bed. This ensures good heat transfer from the heat source to the material bed. In addition, heat losses can be avoided by fully immersing the heat source in the material bed, since the heat source can be completely surrounded by the bulk material.
  • the material bed can generally have a plurality of channels. Different areas of workpieces to be welded can be flown evenly with a heated fluid, for example inert gas, via different channels. This allows workpieces with complex geometries to be welded.
  • a heated fluid for example inert gas
  • the material bed can be designed for heat transfer between two fluid streams, in particular for heat transfer between two fluid streams in channels that are fluidically independent of one another.
  • the heating system can be designed as a heat exchanger, the heat transfer properties being improved once again by the arrangement of the at least one bluff body.
  • Another independent aspect of the present invention relates to a heating system for heating a fluid flow for a hot-gas welding system, with a heating element made of thermally conductive and/or heat-storing material, with at least one channel provided within the heating element for the passage of a fluid flow to be heated, and with at least one heating source for Generating heat for heating the at least one duct by heating the heating element, with at least one bluff body being provided in the duct to generate and/or intensify a turbulent flow.
  • a heating element according to the invention can in particular be designed in one piece or as an integral component and thus meet high stability requirements.
  • the arrangement of the at least one bluff body can in turn improve the heat transfer properties, as already described above.
  • the heating element can preferably be designed as a heating plate, preferably as a heating plate made of a metal material.
  • a heating plate can be produced, for example, by milling or, in general, by machining processes.
  • the most varied of channel geometries or channel courses can be introduced flexibly into such a heating plate.
  • it is therefore suitable for hot gas welding of workpieces with a wide variety of geometric designs.
  • the heating element and/or the heating plate can be designed as a heat exchanger and/or for temperature change and/or temperature regulation, in particular for heat transfer to a gas flow and/or for temperature change and/or temperature regulation of a gas flow.
  • the gas temperature in the at least one channel can be adjusted flexibly and precisely in this way. It can thus ensure a high level of repeatability for hot gas welding processes.
  • the at least one channel can be filled with disruptive bodies or at least partially filled.
  • a large number of bluff bodies can interrupt laminar flows over long stretches realized and thus a further improved heat transfer can be ensured.
  • the fixation can be realized, for example, by filling the respective channel with disruptive bodies and covering the channel ends with permeable covers. Fixing in another way, for example by means of an adhesive, can also be carried out with little effort.
  • a fixation of interfering bodies in the at least one channel can be free of a material connection of the interfering body with the channel.
  • the at least one interfering body can be designed as a spherical, cube or pyramidal body or have an irregular outer shape. This applies in a further advantageous manner for more than one interfering body or for all interfering bodies in the respective channel and/or for one interfering body or for all interfering bodies in the entire heating system. Disturbing bodies with such geometries can be produced with only little effort or enable a laminar flow to be interrupted with a high degree of certainty.
  • the at least one bluff body can take up at least 10% of the cross-sectional area of the channel, preferably more than 20%, more preferably more than 30%, even more preferably more than 40%, even more preferably more than 50%, even more preferably more than 60%, even more preferably more than 70%, even more preferably more than 80%.
  • the disruptive body can have a diameter or a diagonal of more than 5 mm, preferably more than 10 mm, preferably more than 20 mm, preferably more than 30 mm, preferably more than 50 mm, preferably more than 75 mm, preferably more than 100 mm, preferably more than 150 mm, preferably more than 200 mm.
  • a bluff body dimensioned in this way can be handled easily and can therefore be introduced into the respective channel and positioned or fixed there with little effort. At the same time, dimensions of this type allow the interruption of laminar flows with a high degree of certainty or to a suitable extent.
  • the disruptive body can have a diameter or a diagonal of less than 300 mm, preferably less than 200 mm, preferably less than 100 mm, preferably less than 75 mm or preferably less than 50 mm.
  • a bluff body dimensioned in this way is in turn easy to handle and can be introduced into relatively small channels. Dimensioning of this type also allows the interruption of laminar flows with a high degree of certainty or to a suitable extent.
  • a plurality of bluff bodies of identical size or with be arranged with identical dimensions.
  • a plurality of interfering bodies of identical size or with identical dimensions can be arranged at least over a section of the channel.
  • a constant disruptive influence on the fluid flow can be generated along the entire channel or the respective section by means of disruptive bodies of identical size or identical dimensions.
  • disruptive bodies with different sizes or with different dimensions can be arranged in the at least one channel.
  • the respective interfering bodies can therefore produce interference of different strengths and thus different heat transfer properties.
  • the already heated fluid flow may require an even more intensified turbulent flow in order to be brought to the desired target temperature at the channel outlet.
  • a strongly pronounced turbulent flow is already required at the beginning of the channel and that only a small temperature increase has to take place up to the end of the channel. As a result, the temperature gradient in the further course of the channel can be kept low.
  • the at least one channel can have a plurality of route sections and the size and/or the dimensions of the disruptive bodies can be selected as a function of the respective route section.
  • the sizes and/or dimensions of the bluff bodies in one section of the duct can deviate from the sizes and/or dimensions of the bluff bodies in another section of the duct.
  • the heat transfer properties of the respective channel section can be specifically set or influenced in this way.
  • a plurality of channels may generally be provided in the bed of material or the heater.
  • the plurality of channels can be independent and/or fluidically decoupled channels. These can therefore be used to heat different fluid flows for different joining sections of workpieces.
  • the sizes or dimensions of the disruptive bodies in different channels can be identical or different.
  • the interfering influences can differ from each other due to differently dimensioned interfering bodies and thus also the heat transfer properties.
  • the interfering influences can be the same in different channels due to identically dimensioned interfering bodies and thus also the heat transfer properties.
  • a plurality of channels can be provided in the material bed or the heating element, which have an identical length and/or an identical cross-sectional size and/or an identical course.
  • the heat transfer properties of the channels can thus be the same.
  • the at least one channel can run in a linear or meandering or serpentine manner.
  • a plurality of channels can run in a linear or meandering or serpentine manner and/or parallel and/or next to one another.
  • Channels that run linearly and parallel to one another can be arranged densely, so that many channels can be provided in a small space. Meandering or serpentine channels do indeed require more space within the material bed or within the radiator, but allow a longer channel distance and thus improved heat transfer.
  • the at least one channel and/or the plurality of channels can preferably be delimited by gas-impermeable channel walls. This can prevent the fluid flow from passing through or diffusing through the channel walls, for example into the material bed.
  • the at least one duct and/or the plurality of ducts can be flown through during operation along the respective longitudinal duct extension, preferably exclusively along a longitudinal duct extension.
  • flows transverse to the longitudinal extent of the channel can be avoided as a result, or at most occur within the framework of turbulent flow.
  • the volume of the fluid flow through the respective channel can be set precisely as a result.
  • channels can be provided in the material bed or in the heating element, which have different lengths and/or different cross-sectional sizes and/or different course shapes. In this way, each channel can be designed with regard to the respective requirements. Depending on the workpiece section to be flown, a channel can be designed, for example, for greater or lesser heating of the fluid flow. Likewise, different configurations can be made with regard to different flow volumes.
  • a further independent aspect of the present invention also generally relates to a heating system for heating a fluid flow in a hot gas welding system, with a material bed made of thermally conductive and/or heat-storing bulk material, with at least one within the material bed arranged channel for the passage of a fluid flow to be heated and with at least one arranged in and / or on the material bed heat source for generating heat for heating the at least one channel.
  • Another independent aspect of the present invention relates to a heating system for heating a fluid flow, in particular for a hot-gas welding system and/or according to one of the above aspects, with a material bed made of thermally conductive and/or heat-storing bulk material, with at least one channel arranged within the material bed for the passage a fluid stream to be heated and having at least one heat source arranged in and/or on the material bed for generating heat for heating the at least one channel, the material bed being formed by a bulk material mixture.
  • it can be a bulk material mixture of a thermally conductive metal material and heat-storing sand and/or rock material.
  • the material bed can be cuboid and/or delimited by a cuboid shell. This results in a compact arrangement that is easy to handle and has a high heat storage capacity.
  • Yet another independent aspect of the present invention relates to a heater, in particular for an above heating system, with at least one channel delimited by gas-impermeable wall sections for conducting a fluid flow to be heated and with a plurality of bluff bodies arranged in the channel for generating and/or increasing a turbulent flow Flow.
  • Such a radiator can in particular be designed in one piece or as an integral component and thus meet high stability requirements.
  • the arrangement of the bluff bodies within the at least one channel can improve the heat transfer properties, as already described above.
  • Such a heating element is preferably a metal plate, with the at least one channel being worked into the plate by milling or generally by machining.
  • Yet another independent aspect of the present invention relates to a hot-gas welding system, in particular for hot-gas welding of plastic workpieces, with a heating system as described above and/or a heater as described above and with a nozzle device for supplying a heated fluid stream to a workpiece to be welded.
  • Yet another independent aspect of the present invention relates to a method for heating a fluid flow, in particular for hot-gas welding of plastic workpieces and/or for heating a fluid flow with a heating system described above, in which a fluid flow flows through a material bed made of thermally conductive and/or heat-storing bulk material formed channel is conducted and in which heat is generated via a heat source arranged in and/or on the material bed and is transferred via the material bed to the fluid flow in the channel.
  • Yet another independent aspect of the present invention relates to a method for heating a fluid flow, in particular for hot gas welding of plastic workpieces and/or for heating a fluid flow with a heating system described above, in which a fluid flow is conducted through a channel formed in a heating element and in which Heat is generated via a heating element arranged in and/or on the heating element and is transferred to the fluid flow in the channel via the heating element.
  • a turbulent flow is preferably generated and/or intensified by at least one bluff body in the channel.
  • the heat transfer in the channel is improved in this way, and suitable heating of the fluid flow can be ensured with only a small installation space.
  • the fluid flow can be passed through the channel discontinuously and/or in periodically recurring cycles. Accordingly, a fluid stream can be temporarily passed through the channel for the hot-gas welding of a workpiece. In this case, however, the channel can be heated by a heating source independently of the passage of the fluid flow.
  • the heating source can be switched on and/or off in periodically recurring cycles. Permanent heating can be avoided in this way and the total energy consumption can be kept low.
  • the fluid flow can be conducted through the channel in a cycle that is dimensioned in terms of time shorter than a cycle in which the heating source is in a switched-on and/or switched-off state.
  • the heating cycles are therefore relatively long, so that the number of switching on and off processes can be kept low. This improves the service life of the heating source.
  • Heating system and a hot gas welding system according to the invention or a corresponding configuration of the heating system according to the invention and the hot gas welding system according to the invention can be provided.
  • FIG 1 shows a perspective view of a heating system 10 according to the invention according to an embodiment of the invention and the Figures 2 and 3 show further views of the heating system 10 of FIG 1 , namely in a side view ( 2 ) and a longitudinal section ( 3 ) along the cutting line CC.
  • the heating system 10 is designed to heat a fluid flow that is not shown in detail here.
  • the heating system 10 is suitable for heating a fluid flow in a hot-gas welding system, which is also not shown in detail here.
  • the heating system 10 is equipped with a material bed 12 made of thermally conductive and/or heat-storing bulk material 14, with at least one channel 16 arranged within the material bed 12 for the passage of a fluid flow to be heated, and with at least one heating source 18 arranged in and/or on the material bed 12 for generating heat for heating the at least one channel 16.
  • two heating sources 18 can be provided, for example, in particular to enable uniform heating from two sides of the channel 16 .
  • only one heating source 18 can be provided or more than two heating sources 18.
  • the heating sources 18 shown can be, for example, electric heating cartridges or heating coils or heating coils.
  • the two heat sources 18 can be embedded at least in sections or completely in the material bed 12 .
  • the two heat sources 18 can be covered and/or surrounded at least in sections or completely by the bulk material 14 .
  • the two heat sources 18 can be covered and/or surrounded by the bulk material 14 in the circumferential direction, whereas a longitudinal section can protrude from the bulk material.
  • the protruding portion may be a heat inactive portion.
  • the material bed 12 can be formed by bulk material 14 made of thermally conductive and/or heat-storing and/or compacted sand, metal powder and/or granules.
  • the bulk material 14 can be formed as a bulk material mixture, preferably as a compacted bulk material mixture and/or a bulk material mixture of a thermally conductive metal material and heat-storing sand and/or rock material.
  • the Figures 4 and 5 show detailed views of a corrugated hose 20 in Figures 1 to 3 shown heating system 10. It shows 4 a side view of the corrugated hose 20 and figure 5 a longitudinal sectional view of the corrugated hose 20 along the section line AA.
  • At least one bluff body 24 is provided within the channel within the corrugated hose 20 for generating and/or intensifying a turbulent flow.
  • several disruptive bodies 24 can be provided within the channel 16 in the corrugated hose 20 .
  • the channel 16 can be completely filled with interfering bodies.
  • the disruptive bodies 24 can be, for example, spheres or other shaped bodies, for example square or irregularly shaped elements.
  • the material bed 12 can be delimited by a cuboid shell 26 or the material bed 12 can be delimited in a cuboid shape by the shell 26, resulting in a compact structure and a high degree of heat storage capacity.
  • the material bed can assume a different overall shape and the shell 26 can be designed accordingly, for example a cylindrical shape.
  • the 6 and 7 show a perspective sectional view of a heater 28 according to the invention according to an embodiment of the invention and 7 shows a further sectional view of the heating element 28 according to FIG 6 .
  • the heating element 28 can be designed as a heating plate, in particular as a heating plate made of a heat-conducting and/or heat-storing metal material.
  • a heating system 10 according to the invention can instead of in the 1 and 3 shown material bed 12 with corrugated hose 20 one in the 6 and 7 have shown radiator 28.
  • a heating system 10 can be equipped with a heating element 28 made of thermally conductive and/or heat-storing material, with at least one channel 16, 16a, 16b provided within the heating element 28 for the passage of a fluid flow to be heated, and with at least one heating source not shown in detail here for generating heat for heating the at least one channel 16, 16a, 16b by heating the heating element 28.
  • channels 16a and 16b are shown by way of example, with channel 16a running linearly and channel 16b in a meandering or serpentine manner.
  • At least one bluff body 24 for generating and/or amplifying a turbulent flow is also provided in the at least one channel 16 in this embodiment.
  • the 8 shows the radiator 28 from 6 and 7 without disruptive bodies 24. From the 8 the ratio of the path length A of the linear channel 16a to the path length B of the meandering channel 16b can be seen qualitatively. Purely by way of example, the linear channel 16a can have a path length A of 140 mm and the path length B of the meandering channel 16b can be approximately 240 mm.
  • a fluid flow in the meandering channel 16b can be heated to a greater extent than a fluid flow in the shorter channel 16a due to the greater path length.
  • the meandering channel also takes up more space within the heating element 28, so that the maximum number of channels in the heating element 28 is more severely limited.
  • channels 16 with different dimensions and/or courses can be provided, as in Figures 6 to 8 shown.
  • the differently designed channels 16a and 16b can be designed with regard to different temperature and/or heating requirements of different fluid flows. This can be advantageous for the flow to different workpiece sections.
  • bluff bodies 24 according to the invention in a channel 16
  • a shorter path length can be compensated for in a suitable manner.
  • the linear channel 16a in 6 and 7 with bluff bodies 24 enable a heat transfer which corresponds to a heat transfer in a meandering channel 16b without bluff bodies.
  • the heat transfer can be further improved by a meandering channel 16b with a bluff body 24 .
  • the spherical disruptive bodies 24 can have identical dimensions or be of identical design.
  • interfering bodies 24 of different dimensions can be provided within a heating system 10 or within a radiator 28, as in the embodiment according to FIG 11 shown.
  • the in the 11 The radiator shown has two linear channels 16c and 16d, bluff bodies 24 having a larger diameter being provided in the channel 16c shown on the left than in the channel 16d shown on the right.
  • bluff bodies 24 with different diameters or dimensions can also be provided within a single channel 16, which is not shown in detail here.
  • different sections of a channel 16 can be filled with bluff bodies of different dimensions in order to vary the heat transfer properties along the course of a channel 16 .
  • at least one channel 16 can have a plurality of route sections and the size or the dimensions of the bluff bodies 24 can be selected depending on the respective route section or the sizes or dimensions of the bluff bodies 24 in a route section of the channel 16 can depend on the sizes or dimensions the bluff body 24 deviate in another section of the channel 16.
  • a fluid stream is heated by being conducted through a channel 16 formed in a material bed 12 made of thermally conductive and/or heat-storing bulk material 14 and via a heat source arranged in and/or on the material bed 12 18 Heat is generated and transferred to the fluid flow in channel 16 via the material bed 12 .
  • a fluid flow can be heated by being conducted through a channel 16 formed from heat-conducting and/or heat-storing material in a heating element 28 and via a channel 16 arranged in and/or on the heating element 28 Heat source generates heat and is transferred via the radiator 28 to the fluid flow in the channel 16.
  • Such a method is particularly suitable for heating a gas and/or air flow for the hot-gas welding of plastic workpieces.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Furnace Details (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)

Abstract

Heizsystem (10) zum Erwärmen eines Fluidstroms, insbesondere für eine Heißgasschweißanlage, mit einem Materialbett (12) aus wärmeleitfähigem und/oder wärmespeicherndem Schüttgut (14), mit wenigstens einem innerhalb des Materialbetts (12) angeordneten Kanal (16) für die Durchleitung eines zu erwärmenden Fluidstroms und mit wenigstens einer in und/oder an dem Materialbett (12) angeordneten Heizquelle (18) zur Erzeugung von Wärme für die Beheizung des wenigstens einen Kanals (16), wobei in dem Kanal (16) wenigstens ein Störkörper (24) zur Erzeugung und/oder Verstärkung einer turbulenten Strömung vorgesehen ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Heizsystem zum Erwärmen eines Fluidstroms, insbesondere für eine Heißgasschweißanlage. Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung einen Heizkörper für ein solches Heizsystem sowie eine Heißgasschweißanlage, insbesondere zum Heißgasschweißen von Kunststoffwerkstücken. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Erwärmen eines Fluidstroms, insbesondere zum Heißgasschweißen von Kunststoffwerkstücken.
  • Für das Heißgasschweißen von Kunststoffteilen kommen Heizsysteme für die Erwärmung eines Gasstroms zum Einsatz. Ein solcher Gasstrom wird nach der Erwärmung auf die zu verschweißenden Werkstückabschnitte geleitet und anschließend können die erwärmten Werkstückabschnitte zusammengeführt und dadurch miteinander verschweißt werden. Dabei ist es bekannt, für die Erwärmung des Gasstroms wärmeleitende Platten zu verwenden, in die sogenannte Gasbahnen mechanisch eingebracht werden, beispielsweise durch Fräsbearbeitung.
  • Zur Vergrößerung der Wärmeübertragungsflächen können die Gasbahnen in einer wärmeleitenden Platte mäander- oder schlangenförmigen angeordnet sein. Durch mäander- oder schlangenförmige Anordnungen von Gasbahnen wird jedoch die Anzahl der Gasbahnen in einer Platte stark begrenzt. Sofern eine verhältnismäßig hohe Anzahl von Gasbahnen erforderlich ist, beispielsweise bei komplexen Geometrien von zu schweißenden Werkstücken, müssen zusätzliche Platten vorgesehen werden. Dadurch erhöht sich der apparative Aufwand, was zu hohen Anlagenkosten führen kann.
  • Vor dem oben dargelegten Hintergrund bestand die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Heizsystem anzugeben, bei dem mit nur geringem konstruktiven Aufwand beziehungsweise mit nur geringem Platzbedarf eine Wärmeübertragung auf ein zu erwärmendes Fluid realisiert werden kann. Ebenso bestand die Aufgabe darin, einen Heizkörper für ein solches Heizsystem sowie eine mit einem solchen Heizsystem ausgestattete Heißgasschweißanlage anzugeben. Schließlich bestand die Aufgabe auch darin, ein Verfahren zum Erwärmen eines Fluidstroms anzugeben.
  • In Bezug auf das Heizsystem ist diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1 beziehungsweise durch den Gegenstand des Anspruchs 5 und/oder 12 gelöst worden. Ein erfindungsgemäßer Heizkörper ist Gegenstand von Anspruch 13 und eine erfindungsgemäße Heißgasschweißanlage ist in Anspruch 14 angegeben. Schließlich ist in Bezug auf das Verfahren die vorliegende Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 15 gelöst worden.
  • Ein erfindungsgemäßes Heizsystem zum Erwärmen eines Fluidstroms ist insbesondere für den Einsatz in einer Heißgasschweißanlage geeignet beziehungsweise für den Einsatz in einer Heißgasschweißanlage ausgebildet und/oder eingerichtet. Bei einer solchen Heißgasschweißanlage kann es sich insbesondere um eine Heißgasschweißanlage für das Schweißen von Kunststoffwerkstücken handeln.
  • Ein erfindungsgemäßes Heizsystem ist ausgestattet mit einem Materialbett aus wärmeleitfähigem und/oder wärmespeicherndem Schüttgut, mit wenigstens einem innerhalb des Materialbetts angeordneten Kanal für die Durchleitung eines zu erwärmenden Fluidstroms und mit wenigstens einer in und/oder an dem Materialbett angeordneten Heizquelle zur Erzeugung von Wärme für die Beheizung des wenigstens einen Kanals.
  • Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass in dem Kanal wenigstens ein Störkörper zur Erzeugung und/oder Verstärkung einer turbulenten Strömung vorgesehen ist.
  • Bei einem solchen Störkörper handelt es sich insbesondere um einen in dem jeweiligen Kanal angeordneten Fremdkörper, also einem Fremdkörper, der unabhängig von dem Kanal ausgebildet und in diesen eingebracht oder eingeführt ist.
  • Durch einen erfindungsgemäß vorgesehenen Störkörper kann der zur Verfügung stehende Raum für die Wärmeübertragung auf einen zu erwärmenden Fluidstrom effektiver genutzt werden. So wird durch einen solchen Störkörper die laminare Strömung im inneren des Kanals unterbrochen. Es entsteht eine turbulente Strömung beim Umströmen des Störkörpers oder eine turbulente Strömung wird hierdurch verstärkt. Dies führt zu einem verbesserten beziehungsweise effizienteren Energieaustausch, also von dem Materialbett auf die Fluidströmung.
  • Auf diese Weise kann die erforderliche Leitungslänge des jeweiligen Kanals reduziert werden. In dem Materialbett können so auf engem Raum verhältnismäßig viele Kanäle vorgesehen werden, wodurch der apparative Aufwand reduziert werden kann. Die Gesamtkosten des Heizsystems lassen sich hierdurch reduzieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann der wenigstens eine Kanal in einem in dem Materialbett eingebetteten Rohr und/oder Schlauch ausgebildet sein. Ein Rohr und/oder Schlauch kann mit nur geringem Aufwand und einem hohen Maß Flexibilität in ein Materialbett aus Schüttgut eingebracht beziehungsweise eingebettet werden. Je nach Anforderungen lassen sich flexibel unterschiedliche geometrische Anordnungen eines Rohrs oder Schlauchs in einem Materialbett realisieren.
  • Ebenso können mehrere Kanäle des Heizsystems in mehreren Rohren und/oder Schläuchen ausgebildet sein. Eine Mehrzahl von Rohren und/oder Schläuchen kann dabei in geeigneter Weise in dem Materialbett eingebettet sein. Dabei lässt sich die Anordnung der Rohre und/oder Schläuche relativ zueinander flexibel im Hinblick auf die jeweiligen Anforderungen wählen.
  • Durch eine Mehrzahl von Rohren und/oder Schläuchen können fluidtechnisch voneinander unabhängiger Kanäle vorgesehen werden. Hierdurch können unterschiedliche Bereiche von zu schweißenden Werkstücken gleichmäßig mit einem erwärmten Fluid, beispielsweise Inertgas, angeströmt werden. Dies gestattet in bevorzugter Weise das Verschweißen von Werkstücken mit komplexen Geometrien.
  • In weiter bevorzugter Weise kann der wenigstens eine Kanal in einem in dem Materialbett eingebetteten Wellrohrschlauch ausgebildet sein. Besonders bevorzugt können mehrere Wellrohrschläuche in dem Materialbett eingelassen sein. Wellrohrschläuche weisen eine verhältnismäßig große Außenfläche auf, die bei Anordnung in einem Materialbett in besonders geeigneter Weise Wärme aus dem Materialbett aufnimmt. Aufgrund der großen Kontaktfläche kann eine effiziente Wärmeübertragung auf ein im Wellrohrschlauch strömendes Fluid erfolgen. Ferner können Wellrohrschläuche leicht verformt und damit in vorteilhafter Weise innerhalb des Materialbetts beziehungsweise relativ zueinander im Materialbett positioniert werden.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung kann das Materialbett durch Schüttgut aus wärmeleitfähigem und/oder wärmespeicherndem und/oder verdichtetem Sand, Metallpulver und/oder Granulat gebildet sein. Insbesondere kann ein solcher Sand wärmespeichernde Eigenschaften aufweisen und ein Metallpulver kann wärmleitende Eigenschaften aufweisen. Ein Granulat kann je nach Material des Granulats vorwiegend wärmespeichernde Eigenschaften und/oder vorwiegend wärmleitende Eigenschaften aufweisen. So kann ein Granulat aus Metall oder Kunststoff oder Keramik beziehungsweise Steinmaterial bestehen. Durch die Verdichtung des Sands, Metallpulvers oder Granulats kann die Wärmespeicherung und/oder Wärmeleitung innerhalb des Materialbetts verbessert werden. Ebenso gestattet eine solche Verdichtung, dass eingebettete Komponenten, wie zum Beispiele Rohre oder Schläuche, geeignet fixiert werden.
  • Es kann weiter von Vorteil sein, wenn das Materialbett durch ein Schüttgutgemisch gebildet ist, insbesondere durch ein verdichtetes Schüttgutgemisch und/oder ein Schüttgutgemisch aus einem wärmeleitfähigem Metallmaterial und wärmespeicherndem Sand und/oder Gesteinsmaterial.
  • Durch ein Schüttgutgemisch können unterschiedliche Materialeigenschaften in vorteilhafter Weise kombiniert werden. Insbesondere kann ein wärmeleitfähiges Metallmaterial gute Wärmeübertragungseigenschaften sicherstellen, nämlich von einer Wärmequelle in das Schüttgutgemisch hinein und aus dem Schüttgutgemisch heraus auf das zu erwärmende Fluid. Demgegenüber kann ein Sand und/oder Gesteinsmaterial gute wärmespeichernde Eigenschaften aufweisen, sodass Wärmeenergie über einen längeren Zeitraum in dem Materialbett erhalten bleibt. Es lassen sich hierdurch längere Zykluszeiten für das Aufheizen des Materialbetts realisieren, wodurch die Lebensdauer der Heizquelle, insbesondere bei Ausbildung mit elektrischen Komponenten, verlängert werden kann.
  • Weiter bevorzugt kann die Heizquelle als elektrische Heizpatrone und/oder Heizspirale ausgebildet sein. Eine solche Heizquelle kann kostengünstig bereitgestellt werden und gewährleistet eine flexible Beheizung des Materialbetts, insbesondere mit frei wählbaren Heiztemperaturen und/oder Heizzyklen.
  • Noch weiter bevorzugt kann die Heizquelle zumindest abschnittsweise oder vollständig in das Materialbett eingelassen sein. Hierdurch kann eine gute Wärmeübertragung auf von der Heizquelle auf das Materialbett gewährleistet werden. Zudem können durch ein vollständiges Einlassen der Heizquelle in das Materialbett Wärmeverluste vermieden werden, da die Heizquelle vollständig durch das Schüttgut umgeben werden kann.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung kann das Materialbett im Allgemeinen eine Mehrzahl von Kanälen aufweisen. Unterschiedliche Bereiche von zu schweißenden Werkstücken können über unterschiedliche Kanäle gleichmäßig mit einem erwärmten Fluid, beispielsweise Inertgas, beströmt werden. Dies gestattet das Verschweißen von Werkstücken mit komplexen Geometrien.
  • Ferner kann das Materialbett zur Wärmeübertragung zwischen zwei Fluidströmen ausgebildet sein, insbesondere zur Wärmeübertragung zwischen zwei Fluidströmen in voneinander fluidtechnisch unabhängigen Kanälen. Dementsprechend kann das Heizsystem als Wärmetauscher ausgebildet sein, wobei wiederum durch Anordnung des zumindest einen Störkörpers die Wärmeübertragungseigenschaften verbessert werden.
  • Ein weiterer unabhängiger Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Heizsystem zum Erwärmen eines Fluidstroms für eine Heißgasschweißanlage, mit einem Heizkörper aus wärmeleitfähigem und/oder wärmespeicherndem Material, mit wenigstens einem innerhalb des Heizkörpers vorgesehenen Kanal für die Durchleitung eines zu erwärmenden Fluidstroms und mit wenigstens einer Heizquelle zur Erzeugung von Wärme für die Beheizung des wenigstens einen Kanals durch Erwärmung des Heizkörpers, wobei in dem Kanal wenigstens ein Störkörper zur Erzeugung und/oder Verstärkung einer turbulenten Strömung vorgesehen ist.
  • Ein erfindungsgemäßer Heizkörper kann insbesondere einstückig beziehungsweise als integrales Bauteil ausgebildet sein und damit hohen Stabilitätsanforderungen genügen. Die Anordnung des wenigstens einen Störkörpers kann wiederum die Wärmeübertragungseigenschaften verbessern, wie voranstehend bereits beschrieben.
  • In bevorzugter Weise kann der Heizkörper als Heizplatte ausgebildet sein, bevorzugt als Heizplatte aus einem Metallwerkstoff. Eine solche Heizplatte kann beispielsweise im Wege des Fräsens oder im Allgemeinen durch spanende Bearbeitungsverfahren erzeugt werden. Hierdurch lassen sich flexibel unterschiedlichste Kanalgeometrien beziehungsweise Kanalverläufe in eine solche Heizplatte einbringen. Je nach Ausgestaltung der Heizplatte ergibt sich somit eine Eignung für das Heißgasschweißen von Werkstücken unterschiedlichster geometrischer Ausgestaltungen.
  • Gemäß einer noch weiter bevorzugten Ausgestaltung kann der Heizkörper und/oder die Heizplatte als Wärmeübertrager und/oder zur Temperaturänderung und/oder Temperaturregelung ausgebildet sein, insbesondere zur Wärmeübertragung auf eine Gasströmung und/oder zur Temperaturänderung und/oder Temperaturregelung einer Gasströmung. Je nach Betriebszustand des Heizsystems beziehungsweise einer mit einem solchen Heizsystem ausgestatteten Heißgasschweißanlage kann auf diese Weise eine flexible und präzise Anpassung der Gastemperatur in dem zumindest einen Kanal vorgenommen werden. Es lässt sich damit eine hohe Wiederholgenauigkeit für Heißgasschweißprozesse sicherstellen.
  • Es kann weiter von Vorteil sein, wenn in dem wenigstens einen Kanal eine Mehrzahl von Störkörpern angeordnet ist. Insbesondere kann der wenigstens eine Kanal mit Störkörpern aufgefüllt oder zumindest abschnittsweise befüllt sein. Durch eine Mehrzahl von Störkörpern kann die Unterbrechung von laminaren Strömungen über längere Streckenabschnitte realisiert und damit eine weiter verbesserte Wärmeübertragung sichergestellt werden.
  • Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Störkörpern in dem wenigstens einen Kanal unbeweglich und/oder zumindest temporär fixiert ist. Die Fixierung kann beispielsweise durch Auffüllung des jeweiligen Kanals mit Störkörpern und Abdeckung der Kanalenden mit durchlässigen Abdeckungen realisiert werden. Auch ein anderweitiges Fixieren, wie zum Beispiel mittels Klebstoff, kann mit geringem Aufwand vorgenommen werden.
  • Gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung kann eine Fixierung von Störkörpern in dem wenigstens einen Kanal frei von einer stoffschlüssigen Verbindung des Störkörpers mit dem Kanal sein.
  • Durch eine Fixierung der Störkörper kann ein ungewolltes herausfallen aus dem jeweiligen Kanal und damit die Beeinträchtigung der Wärmeübertragungseigenschaften vermieden werden.
  • In besonders bevorzugter Weise kann der wenigstens eine Störkörper als Kugel-, Würfel- oder Pyramidenkörper ausgebildet oder eine ungleichmäßige Außenform aufweisen. Dies gilt in weiter vorteilhafter Weise für mehr als einen Störkörper oder für alle Störkörper in dem jeweiligen Kanal und/oder für einen Störkörper oder für alle Störkörper in dem gesamten Heizsystem. Störkörper mit derartigen Geometrien lassen sich mit nur geringem Aufwand herstellen beziehungsweise ermöglichen mit hoher Sicherheit die Unterbrechung einer laminaren Strömung.
  • In noch weiter bevorzugter Weise kann der wenigstens eine Störkörper mindestens 10% der Querschnittsfläche des Kanals einnehmen, bevorzugt mehr als 20%, weiter bevorzugt mehr als 30%, noch weiter bevorzugt mehr als 40%, noch weiter bevorzugt mehr als 50%, noch weiter bevorzugt mehr als 60%, noch weiter bevorzugt mehr als 70%, noch weiter bevorzugt mehr als 80%. Dies gilt besonders bevorzugt für mehr als einen Störköper oder alle Störkörper des jeweiligen Kanals. Auf diese Weise lassen sich laminare Strömungen an dem jeweiligen Störkörper vorbei auf ein geringes Maß reduzieren oder vollständig vermieden werden.
  • Noch weiter bevorzugt kann der Störkörper einen Durchmesser oder eine Diagonale von mehr als 5 mm, bevorzugt von mehr als 10 mm, bevorzugt von mehr als 20 mm, bevorzugt von mehr als 30 mm, bevorzugt von mehr als 50 mm, bevorzugt von mehr als 75 mm, bevorzugt von mehr als 100 mm, bevorzugt von mehr als 150 mm, bevorzugt von mehr als 200 mm, aufweisen. Dies gilt besonders bevorzugt für mehr als einen Störköper oder alle Störkörper in dem jeweiligen Kanal. Ein derart bemessener Störkörper lässt sich einfach handhaben und daher mit nur geringem Aufwand in den jeweiligen Kanal einbringen und dort positionieren beziehungsweise fixieren. Gleichzeitig gestatten derartige Dimensionierungen mit hoher Sicherheit beziehungsweise in geeignetem Umfang die Unterbrechung laminarer Strömungen.
  • Gemäß einer noch weiter bevorzugten Ausgestaltung kann der Störkörper einen Durchmesser oder eine Diagonale von weniger als 300 mm, bevorzugt weniger als 200 mm, bevorzugt weniger als 100 mm, bevorzugt weniger als 75 mm oder bevorzugt weniger als 50 mm, aufweisen. Dies gilt besonders bevorzugt für mehr als einen Störköper oder alle Störkörper in dem jeweiligen Kanal. Ein derart bemessener Störkörper lässt sich wiederum einfach handhaben und kann in verhältnismäßig kleine Kanäle eingebracht werden. Ebenso gestatten derartige Dimensionierungen mit hoher Sicherheit beziehungsweise in geeignetem Umfang die Unterbrechung laminarer Strömungen.
  • Noch weiter bevorzugt kann in dem wenigstens einen Kanal eine Mehrzahl von Störkörpern identischer Größe oder mit identischen Abmessungen angeordnet sein. Zumindest kann über einen Streckenabschnitt des Kanals eine Mehrzahl von Störkörpern identischer Größe oder mit identischen Abmessungen angeordnet sein. Durch Störkörper identischer Größe oder identischer Abmessungen kann entlang des gesamten Kanals beziehungsweise des jeweiligen Streckenabschnitts ein gleichbleibender Störeinfluss auf die Fluidströmung erzeugt werden.
  • Ebenso können in dem wenigstens einen Kanal Störkörper mit unterschiedlichen Größen oder mit unterschiedlichen Abmessungen angeordnet sein. Entlang unterschiedlicher Streckenabschnitte des Kanals können die jeweiligen Störkörper mithin unterschiedlich starke Störeinflüsse und damit unterschiedliche Wärmeübertragungseigenschaften erzeugen.
  • Beispielsweise kann gegen Ende des Kanals der bereits erwärmte Fluidstrom eine noch weiter verstärkte turbulente Strömung erfordern, um am Kanalaustritt auf die gewünschte Zieltemperatur gebracht zu werden. Auch kann es möglich sein, dass bereits zu Beginn des Kanals eine stark ausgeprägte turbulente Strömung erforderlich ist und bis zum Kanalende nur noch ein geringer Temperaturanstieg erfolgen muss. Der Temperaturgradient im weiteren Kanalverlauf kann hierdurch gering gehalten werden.
  • In weiter bevorzugter Ausgestaltung kann der wenigstens eine Kanal eine Mehrzahl von Streckenabschnitten aufweisen und die Größe und/oder die Abmessungen der Störkörper können in Abhängigkeit des jeweiligen Streckenabschnitts ausgewählt sein. Ebenso können die Größen und/oder Abmessungen der Störkörper in einem Streckenabschnitt des Kanals von den Größen und/oder Abmessungen der Störkörper in einem anderen Streckenabschnitt des Kanals abweichen. Die Wärmeübertragungseigenschaften des jeweiligen Kanalabschnitts lassen sich hierdurch gezielt einstellten beziehungsweise beeinflussen.
  • In dem Materialbett oder dem Heizkörper kann allgemein eine Mehrzahl von Kanälen vorgesehen sein. Es kann sich in bevorzugter Weise bei der Mehrzahl von Kanälen um voneinander unabhängige und/oder fluidtechnisch entkoppelter Kanäle handeln. Diese können also zur Erwärmung unterschiedlicher Fluidströme für unterschiedliche Fügeabschnitte von Werkstücken genutzt werden.
  • Die Größen oder Abmessungen der Störkörper in unterschiedlichen Kanälen können dabei identisch oder verschieden sein. Je nach Kanal können also die Störeinflüsse über unterschiedlich bemessene Störkörper voneinander abweichen und damit auch die Wärmeübertragungseigenschaften. Ebenso können in verschiedenen Kanälen die Störeinflüsse durch identische bemessene Störkörper gleich sein und damit auch die Wärmeübertragungseigenschaften.
  • Weiter bevorzugt kann in dem Materialbett oder dem Heizkörper eine Mehrzahl von Kanälen vorgesehen sein, die eine identische Länge und/oder eine identische Querschnittsgröße und/oder einen identischen Verlauf aufweisen. Die Wärmeübertragungseigenschaften der Kanäle können somit gleich sein.
  • Der wenigstens eine Kanal kann linear oder mäanderförmig beziehungsweise schlangenförmig verlaufen. Ebenso können mehrere Kanäle linear oder mäanderförmig beziehungsweise schlangenförmig und/oder parallel und/oder nebeneinander verlaufen.
  • Linear und parallel zueinander verlaufende Kanäle können dicht angeordnet sein, sodass auf engem Raum viele Kanäle vorgesehen werden können. Mäanderförmig beziehungsweise schlangenförmige verlaufende Kanäle benötigen zwar mehr Platz innerhalb des Materialbetts oder innerhalb des Heizkörpers, ermöglichen jedoch eine längere Kanalstrecke und damit eine verbesserte Wärmeübertragung.
  • Der wenigstens eine Kanal und/oder die mehreren Kanäle können in bevorzugter Weise durch gasundurchlässige Kanalwände begrenzt sein. Ein Hindurchtreten oder Diffundieren der Fluidströmung durch die Kanalwände, beispielsweise in das Materialbett hinein, kann dadurch vermieden werden.
  • Insbesondere kann der wenigstens eine Kanal und/oder die mehreren Kanäle im Betrieb entlang der jeweiligen Kanallängserstreckung durchströmbar sein, bevorzugt ausschließlich entlang einer Kanallängserstreckung. Bei makroskopischer Betrachtung können Strömungen quer zur Kanallängserstreckung dadurch vermieden werden oder erfolgen allenfalls im Rahmen turbulenter Strömung. Das Volumen der Fluidströmung durch den jeweiligen Kanal kann dadurch präzise eingestellt werden.
  • Weiterhin können in dem Materialbett oder in dem Heizkörper mehrere Kanäle vorgesehen sind, die verschiedene Längen und/oder verschiedene Querschnittsgrößen und/oder verschiedene Verlaufsformen aufweisen. Jeder Kanal kann auf diese Weise im Hinblick die jeweiligen Anforderungen ausgestaltet werden. Je nach zu beströmendem Werkstückabschnitt kann ein Kanal beispielsweise für eine stärkere oder weniger starke Erwärmung der Fluidströmung ausgebildet sein. Ebenso können unterschiedliche Ausgestaltungen im Hinblick auf unterschiedliche Strömungsvolumina vorgenommen werden.
  • Ein weiterer unabhängiger Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft allgemein auch ein Heizsystem zur Erwärmung eines Fluidstroms in einer Heißgasschweißanlage, mit einem Materialbett aus wärmeleitfähigem und/oder wärmespeicherndem Schüttgut, mit wenigstens einem innerhalb des Materialbetts angeordneten Kanal für die Durchleitung eines zu erwärmenden Fluidstroms und mit wenigstens einer in und/oder an dem Materialbett angeordneten Heizquelle zur Erzeugung von Wärme für die Beheizung des wenigstens einen Kanals.
  • Ein weiterer unabhängiger Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Heizsystem zum Erwärmen eines Fluidstroms, insbesondere für eine Heißgasschweißanlage und/oder gemäß einem der vorstehenden Aspekte, mit einem Materialbett aus wärmeleitfähigem und/oder wärmespeicherndem Schüttgut, mit wenigstens einem innerhalb des Materialbetts angeordneten Kanal für die Durchleitung eines zu erwärmenden Fluidstroms und mit wenigstens einer in und/oder an dem Materialbett angeordneten Heizquelle zur Erzeugung von Wärme für die Beheizung des wenigstens einen Kanals, wobei das Materialbett durch ein Schüttgutgemisch gebildet ist.
  • In besonders vorteilhafter Weise kann es sich um ein Schüttgutgemisch aus einem wärmeleitfähigem Metallmaterial und wärmespeicherndem Sand und/oder Gesteinsmaterial haneln.
  • In weiter bevorzugter Weise kann das Materialbett quaderförmig ausgebildet und/oder von einer quaderförmigen Schale begrenzt sein. Es ergibt sich hierdurch eine kompakte Anordnung mit guter Handhabbarkeit und hoher Wärmespeicherkapazität.
  • Ein noch weiterer unabhängiger Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Heizkörper, insbesondere für ein voranstehendes Heizsystem, mit wenigstens einem durch gasundurchlässige Wandabschnitte begrenzten Kanal zur Durchleitung eines zu erwärmenden Fluidstroms und mit einer Mehrzahl von in dem Kanal angeordneten Störkörpern zur Erzeugung und/oder Verstärkung einer turbulenten Strömung.
  • Ein solcher Heizkörper kann insbesondere einstückig beziehungsweise als integrales Bauteil ausgebildet sein und damit hohen Stabilitätsanforderungen genügen. Die Anordnung der Störkörper innerhalb des wenigstens einen Kanals kann die Wärmeübertragungseigenschaften verbessern, wie voranstehend bereits beschrieben. In bevorzugter Weise handelt es sich bei einem solchen Heizkörper um eine Metallplatte, wobei der wenigstens eine Kanal durch Fräsen oder allgemein durch spanendende Bearbeitung in die Platte eingearbeitet ist.
  • Ein noch weiterer unabhängiger Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Heißgasschweißanlage, insbesondere zum Heißgasschweißen von Kunststoffwerkstücken, mit einem voranstehend beschriebenen Heizsystem und/oder einem voranstehend beschriebenen Heizkörper und mit einer Düsenvorrichtung für die Zuleitung eines erwärmten Fluidstroms auf ein zu schweißendes Werkstück.
  • Ein noch weiterer unabhängiger Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen eines Fluidstroms, insbesondere zum Heißgasschweißen von Kunststoffwerkstücken und/oder zum Erwärmen eines Fluidstroms mit einem voranstehend beschriebenen Heizsystem, bei dem ein Fluidstrom durch einen in einem Materialbett aus wärmeleitfähigem und/oder wärmespeicherndem Schüttgut ausgebildeten Kanal geleitet wird und bei dem über eine in und/oder an dem Materialbett angeordnete Heizquelle Wärme erzeugt und über das Materialbett auf den Fluidstrom im Kanal übertragen wird.
  • Ein noch weiterer unabhängiger Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen eines Fluidstroms, insbesondere zum Heißgasschweißen von Kunststoffwerkstücken und/oder zum Erwärmen eines Fluidstroms mit einem voranstehend beschriebenen Heizsystem, bei dem ein Fluidstrom durch einen in einem Heizkörper ausgebildeten Kanal geleitet wird und bei dem über eine in und/oder an dem Heizkörper angeordnete Heizquelle Wärme erzeugt und über den Heizkörper auf den Fluidstrom im Kanal übertragen wird.
  • In bevorzugter Weise wird durch wenigstens einen Störkörper im Kanal eine turbulente Strömung erzeugt und/oder verstärkt. Die Wärmeübertragung im Kanal wird auf diese Weise verbessert und es kann mit nur geringem Bauraum eine geeignete Erwärmung des Fluidstroms sichergestellt werden.
  • Weiter bevorzugt kann der Fluidstrom diskontinuierlich und/oder in periodisch wiederkehrenden Zyklen durch den Kanal geleitet werden. Für das Heißgasschweißen eines Werkstücks kann demnach temporär ein Fluidstrom durch den Kanal geleitet werden. Dabei kann das Beheizen des Kanals durch eine Heizquelle jedoch unabhängig von der Durchleitung des Fluidstroms vorgenommen werden.
  • Noch weiter bevorzugt kann die Heizquelle in periodisch wiederkehrenden Zyklen an- und/oder abgeschaltet werden. Ein dauerhaftes Beheizen kann hierdurch vermieden und dadurch der Gesamtenergieaufwand gering gehalten werden.
  • Schließlich kann in bevorzugter Weise der Fluidstrom in einem Zyklus durch den Kanal geleitet werden, der zeitlich kürzer bemessen ist, als ein Zyklus, in dem die Heizquelle sich in einem angeschalteten und/oder abgeschalteten Zustand befindet. Die Heizzyklen sind damit verhältnismäßig lang bemessen, sodass die Anzahl von An- und Abschaltvorgängen gering gehalten werden kann. Die Lebensdauer der Heizquelle lässt sich hierdurch verbessern.
  • Die voranstehenden in Bezug auf das erfindungsgemäße Heizsystem beschriebenen Merkmale, Einzelheiten und Vorteile gelten in gleicher Weise auch für den erfindungsgemäßen Heizkörper, die erfindungsgemäße Heißgasschweißanlage sowie das erfindungsgemäße Verfahren.
  • Ebenso gelten die beschriebenen Merkmale, Einzelheiten und Vorteile des Verfahrens auch für ein erfindungsgemäßes Heizsystem sowie eine erfindungsgemäße Heißgasschweißanlage, beziehungsweise kann eine entsprechende Konfiguration des erfindungsgemäßen Heizsystems sowie der erfindungsgemäßen Heißgasschweißanlage vorgesehen sein.
  • Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
  • Es zeigen, jeweils schematisch:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Heizsystems gemäß einer Ausführungsform,
    Fig. 2
    eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Heizsystems von Fig. 1,
    Fig. 3
    eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Heizsystems von Fig. 1 und 2 entlang der Schnittlinie C-C,
    Fig. 4
    eine Seitenansicht eines Wellrohrschlauchs für ein erfindungsgemäßes Heizsystem,
    Fig. 5
    eine Schnittdarstellung des Wellrohrschlauchs von Fig. 4 entlang der Schnittlinie A-A,
    Fig. 6
    eine perspektivische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Heizkörpers gemäß einer Ausführungsform,
    Fig. 7
    eine Schnittdarstellung des Heizkörpers gemäß Fig. 6,
    Fig. 8
    eine Schnittdarstellung des Heizkörpers von Fig. 6 und 7 ohne Störkörper,
    Fig. 9
    eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Heizkörpers gemäß einer weiteren Ausführungsform,
    Fig. 10
    eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Heizkörpers gemäß einer noch weiteren Ausführungsform,
    Fig. 11
    eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Heizkörpers gemäß einer noch weiteren Ausführungsform.
  • Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Heizsystems 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und die Fig. 2 und 3 zeigen weiteren Ansichten des Heizsystems 10 von Fig. 1, nämlich in einer Seitenansicht (Fig. 2) sowie einer Längsschnittdarstellung (Fig. 3) entlang der Schnittlinie C-C.
  • Das Heizsystem 10 ist zum Erwärmen eines hier nicht näher gezeigten Fluidstroms ausgebildet. Insbesondere eignet sich das Heizsystem 10 zum Erwärmen eines Fluidstroms in einer hier ebenfalls nicht näher dargestellten Heißgasschweißanlage.
  • Das Heizsystem 10 ist ausgestattet mit einem Materialbett 12 aus wärmeleitfähigem und/oder wärmespeicherndem Schüttgut 14, mit wenigstens einem innerhalb des Materialbetts 12 angeordneten Kanal 16 für die Durchleitung eines zu erwärmenden Fluidstroms und mit wenigstens einer in und/oder an dem Materialbett 12 angeordneten Heizquelle 18 zur Erzeugung von Wärme für die Beheizung des wenigstens einen Kanals 16.
  • Wie in Fig. 1 und 3 dargestellt, können beispielsweise zwei Heizquellen 18 vorgesehen sein, insbesondere um eine von zwei Seiten des Kanals 16 gleichmäßige Erwärmung zu ermöglichen. Ebenso kann auch nur eine Heizquelle 18 vorgesehen sein oder mehr als zwei Heizquellen 18. Bei den gezeigten Heizquellen 18 kann es sich beispielsweise um elektrische Heizpatronen oder Heizspulen beziehungsweise Heizspiralen handeln.
  • Die beiden Heizquellen 18 können zumindest abschnittsweise oder vollständig in das Materialbett 12 eingelassen sein. Insbesondere können die beiden Heizquellen 18 zumindest abschnittsweise oder vollständig durch das Schüttgut 14 bedeckt und/oder umgeben sein. Die beiden Heizquellen 18 können in Umfangsrichtung durch das Schüttgut 14 bedeckt und/oder umgeben sein, wohingegen ein Längsabschnitt aus dem Schüttgut hervorstehen kann. Bei dem hervorstehenden Abschnitt kann es sich um einen heizinaktiven Abschnitt handeln.
  • Der wenigstens eine Kanal 16 kann, wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt, in einem in dem Materialbett 12 eingebetteten Wellrohrschlauch 20 ausgebildet sein. Sofern mehrere Kanäle 16 vorgesehen sind, können diese in mehreren Wellrohrschläuchen 20 ausgebildet sein, die in dem Materialbett 12 eingelassen sind.
  • Das Materialbett 12 kann durch Schüttgut 14 aus wärmeleitfähigem und/oder wärmespeicherndem und/oder verdichtetem Sand, Metallpulver und/oder Granulat gebildet sein. Insbesondere kann das Schüttgut 14 als Schüttgutgemisch gebildet sein, bevorzugt als ein verdichtetes Schüttgutgemisch und/oder ein Schüttgutgemisch aus einem wärmeleitfähigem Metallmaterial und wärmespeicherndem Sand und/oder Gesteinsmaterial.
  • Die Figuren 4 und 5 zeigen Detailansichten eines Wellrohrschlauchs 20 des in Fig. 1 bis 3 gezeigten Heizsystems 10. Dabei zeigt Fig. 4 eine Seitenansicht des Wellrohrschlauchs 20 und Fig. 5 eine Längsschnittdarstellung des Wellrohrschlauchs 20 entlang der Schnittlinie A-A.
  • Den Figuren 4 und 5 kann entnommen werden, dass durch die Struktur des Wellrohrschlauchs 20 bereits eine große Außenfläche 22 gebildet wird, über die eine effiziente Wärmeübertragung von dem Schüttgut 14 auf einen Fluidstrom im Kanal 16 des Wellrohrschlauchs 20 erfolgen kann.
  • Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass innerhalb des Kanals innerhalb des Wellrohrschlauchs 20 zumindest ein Störkörper 24 zur Erzeugung und/oder Verstärkung einer turbulenten Strömung vorgesehen ist. Insbesondere können innerhalb des Kanals 16 im Wellrohrschlauch 20 mehrere Störkörper 24 vorgesehen sein. Der Kanal 16 kann vollständig mit Störkörpern befüllt sein.
  • Bei den Störkörpern 24 kann es sich beispielsweise um Kugeln oder auch um anders geformte Körper handeln, beispielsweise um quadratische oder unregelmäßig geformte Elemente.
  • Wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt, kann das Materialbett 12 durch eine quaderförmige Schale 26 begrenzt sein beziehungsweise kann durch die Schale 26 das Materialbett 12 quaderförmig begrenzt sein, wodurch sich ein kompakter Aufbau und ein hohes Maß an Wärmespeicherfähigkeit ergibt. Ebenso kann das Materialbett eine andere Gesamtform annehmen und die Schale 26 entsprechend ausgebildet sein, beispielsweise eine Zylinderform.
  • Die Fig. 6 und 7 zeigen eine perspektivische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Heizkörpers 28 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und Fig. 7 zeigt eine weitere Schnittdarstellung des Heizkörpers 28 gemäß Fig. 6. Der Heizkörper 28 kann als Heizplatte ausgebildet sein, insbesondere als Heizplatte aus einem wärmeleitfähigen und/oder wärmespeichernden Metallwerkstoff.
  • Ein erfindungsgemäßes Heizsystem 10 kann anstelle des in den Fig. 1 und 3 gezeigten Materialbetts 12 mit Wellrohrschlauch 20 einen in den Fig. 6 und 7 gezeigten Heizkörper 28 aufweisen.
  • Demgemäß kann ein erfindungsgemäßes Heizsystem 10 ausgestattet sein mit einem Heizkörper 28 aus wärmeleitfähigem und/oder wärmespeicherndem Material, mit wenigstens einem innerhalb des Heizkörpers 28 vorgesehenen Kanal 16, 16a, 16b für die Durchleitung eines zu erwärmenden Fluidstroms und mit wenigstens einer hier nicht näher gezeigten Heizquelle zur Erzeugung von Wärme für die Beheizung des wenigstens einen Kanals 16, 16a, 16b durch Erwärmung des Heizkörpers 28.
  • Gemäß Fig. 6 und 7 sind beispielhaft mehrere Kanäle 16a und 16b gezeigt, wobei Kanal 16a linear verläuft und Kanal 16b mäanderförmig beziehungsweise schlangenförmig.
  • Wie ferner in den Fig. 6 und 7 dargestellt, ist auch in dieser Ausführungsform in dem wenigstens einen Kanal 16 wenigstens ein Störkörper 24 zur Erzeugung und/oder Verstärkung einer turbulenten Strömung vorgesehen.
  • Die Fig. 8 zeigt den Heizkörper 28 aus Fig. 6 und 7 ohne Störkörper 24. Aus der Fig. 8 lässt sich qualitativ das Verhältnis der Pfadlänge A des linearen Kanals 16a zur Pfadlänge B des mäanderförmigen Kanals 16b entnehmen. Rein beispielhaft kann der lineare Kanal 16a eine Pfadlänge A von 140 mm aufweisen und die Pfadlänge B des mäanderförmigen Kanals 16b kann etwa 240 mm betragen.
  • Es versteht sich, dass ein Fluidstrom im mäanderförmigen Kanal 16b aufgrund der größeren Pfadlänge stärker erwärmt werden kann als ein Fluidstrom im kürzeren Kanal 16a. Allerdings nimmt der mäanderförmige Kanal auch mehr Bauraum innerhalb des Heizkörpers 28 ein, sodass die maximale Anzahl an Kanälen in dem Heizkörper 28 stärker begrenzt wird.
  • In einem erfindungsgemäßen Heizsystem 10 können Kanäle 16 mit unterschiedlichen Abmessungen und/oder Verläufen vorgesehen sein, wie in Fig. 6 bis 8 gezeigt. Dabei können die unterschiedlich ausgestalteten Kanäle 16a und 16b im Hinblick auf unterschiedliche Temperatur- und/oder Erwärmungsanforderungen unterschiedlicher Fluidströme ausgestaltet sein. Dies kann für die Anströmung unterschiedlicher Werkstückabschnitte von Vorteil sein.
  • Ebenso ist es möglich, in einem Heizsystem 10 und/oder in einem Materialbett 12 und/oder in einem Heizkörper 28 mehrere Kanäle 16 mit identischen Abmessungen und/oder Verläufen vorzusehen, wie in den Fig. 9 und 10 in Bezug auf einen Heizkörper 28 beispielhaft dargestellt.
  • So zeigt Fig. 9 einen Heizkörper 28 mit insgesamt vier mäanderförmig verlaufenden Kanälen 16b. Sämtliche Kanäle 16b sind identisch ausgebildet. Aus der Fig. 9 ist ersichtlich, dass aufgrund des mäanderförmigen Verlaufs nur insgesamt vier Kanäle 16b in dem Heizkörper 28 vorgesehen werden können. Fig. 10 zeigt einen Heizkörper 28 mit insgesamt acht linear verlaufenden Kanälen 16a. Es versteht sich, dass der lineare Verlauf der Kanäle 16a gemäß Fig. 10 eine höhere Gesamtzahl an Kanälen 16 in dem Heizkörper 28 ermöglicht.
  • Durch das Vorsehen von erfindungsgemäßen Störkörpern 24 in einem Kanal 16 kann jedoch eine kürzere Pfadlänge in geeigneter Weise kompensiert werden. So kann beispielsweise der lineare Kanal 16a in Fig. 6 und 7 mit Störkörpern 24 eine Wärmeübertragung ermöglichen, die einer Wärmeübertragung in einem mäanderförmigen Kanal 16b ohne Störkörper entspricht. Freilich lässt sich durch einen mäanderförmigen Kanal 16b mit Störkörper 24 die Wärmeübertragung nochmals verbessern.
  • In den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 6, 7, 9 und 10 können die kugelförmigen Störkörper 24 identische Abmessungen aufweisen beziehungsweise identisch ausgebildet sein.
  • Ebenso ist es möglich, dass innerhalb eines Heizsystems 10 beziehungsweise innerhalb eines Heizkörpers 28 Störkörper 24 unterschiedlicher Abmessungen vorgesehen sind, wie in der Ausführungsform gemäß Fig. 11 dargestellt. Der in den Fig. 11 gezeigte Heizkörper weist zwei lineare Kanäle 16c und 16d auf, wobei in dem links dargestellten Kanal 16c Störkörper 24 mit einem größeren Durchmesser vorgesehen sind, als in dem rechts dargestellten Kanal 16d.
  • Weiterhin können auch innerhalb eines einzigen Kanals 16 Störkörper 24 mit unterschiedlichen Durchmessern oder Abmessungen vorgesehen sein, was hier nicht näher dargestellt ist. Beispielsweise können unterschiedliche Streckenabschnitte eines Kanals 16 mit unterschiedlich bemessenen Störkörpern befüllt sein, um die Wärmeübertragungseigenschaften entlang des Verlaufs eines Kanals 16 zu variieren. Mit anderen Worten kann wenigstens ein Kanal 16 eine Mehrzahl von Streckenabschnitten aufweisen und die Größe oder die Abmessungen der Störkörper 24 kann in Abhängigkeit des jeweiligen Streckenabschnitts ausgewählt sein beziehungsweise können die Größen oder Abmessungen der Störkörper 24 in einem Streckenabschnitt des Kanals 16 von den Größen oder Abmessungen der Störkörper 24 in einem anderen Streckenabschnitt des Kanals 16 abweichen.
  • Im Betrieb eines erfindungsgemäßen Heizsystems 10 beziehungsweise einer erfindungsgemäßen Heißgasschweißanlage ein Fluidstrom dadurch erwärmt werden, dass dieser durch einen in einem Materialbett 12 aus wärmeleitfähigem und/oder wärmespeicherndem Schüttgut 14 ausgebildeten Kanal 16 geleitet wird und über eine in und/oder an dem Materialbett 12 angeordnete Heizquelle 18 Wärme erzeugt und über das Materialbett 12 auf den Fluidstrom im Kanal 16 übertragen wird.
  • Ebenso kann im Betrieb eines erfindungsgemäßen Heizsystems 10 beziehungsweise einer erfindungsgemäßen Heißgasschweißanlage ein Fluidstrom dadurch erwärmt werden, dass dieser durch einen in einem Heizkörper 28 aus wärmeleitfähigem und/oder wärmespeicherndem Material ausgebildeten Kanal 16 geleitet wird und über eine in und/oder an dem Heizkörper 28 angeordnete Heizquelle Wärme erzeugt und über den Heizkörper 28 auf den Fluidstrom im Kanal 16 übertragen wird.
  • Ein solches Verfahren eignet sich insbesondere für die Erwärmung eines Gas- und/oder Luftstroms für das Heißgasschweißen von Kunststoffwerkstücken.

Claims (15)

  1. Heizsystem (10) zum Erwärmen eines Fluidstroms, insbesondere für eine Heißgasschweißanlage, mit einem Materialbett (12) aus wärmeleitfähigem und/oder wärmespeicherndem Schüttgut (14), mit wenigstens einem innerhalb des Materialbetts (12) angeordneten Kanal (16) für die Durchleitung eines zu erwärmenden Fluidstroms und mit wenigstens einer in und/oder an dem Materialbett (12) angeordneten Heizquelle (18) zur Erzeugung von Wärme für die Beheizung des wenigstens einen Kanals (16), wobei in dem Kanal (16) wenigstens ein Störkörper (24) zur Erzeugung und/oder Verstärkung einer turbulenten Strömung vorgesehen ist.
  2. Heizsystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kanal (16) in einem in dem Materialbett (12) eingebetteten Rohr und/oder Schlauch (20) ausgebildet ist und/oder dass mehrere Kanäle (16) in mehreren Rohren und/oder Schläuchen (20) ausgebildet sind und/oder dass der wenigstens eine Kanal 16() in einem in dem Materialbett (12) eingebetteten Wellrohrschlauch (20) ausgebildet ist und/oder dass mehrere Wellrohrschläuche (20) in dem Materialbett (12) eingelassen sind.
  3. Heizsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Materialbett (12) durch Schüttgut (14) aus wärmeleitfähigem und/oder wärmespeicherndem und/oder verdichtetem Sand, Metallpulver und/oder Granulat gebildet ist und/oder das Materialbett (12) durch ein Schüttgutgemisch (14) gebildet ist, insbesondere durch ein verdichtetes Schüttgutgemisch (14) und/oder ein Schüttgutgemisch (14) aus einem wärmeleitfähigem Metallmaterial und wärmespeicherndem Sand und/oder Gesteinsmaterial.
  4. Heizsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizquelle (18) als elektrische Heizpatrone und/oder Heizspirale ausgebildet und/oder zumindest abschnittsweise oder vollständig in das Materialbett (12) eingelassen ist und/oder dass das Materialbett (12) eine Mehrzahl von Kanälen (16) aufweist und/oder zur Wärmeübertragung zwischen zwei Fluidströmen ausgebildet ist.
  5. Heizsystem (10) zum Erwärmen eines Fluidstroms, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche und/oder für eine Heißgasschweißanlage, mit einem Heizkörper (28) aus wärmeleitfähigem und/oder wärmespeicherndem Material, mit wenigstens einem innerhalb des Heizkörpers (28) vorgesehenen Kanal (16) für die Durchleitung eines zu erwärmenden Fluidstroms und mit wenigstens einer Heizquelle zur Erzeugung von Wärme für die Beheizung des wenigstens einen Kanals (16) durch Erwärmung des Heizkörpers (28), wobei in dem Kanal (16) wenigstens ein Störkörper (24) zur Erzeugung und/oder Verstärkung einer turbulenten Strömung vorgesehen ist.
  6. Heizsystem (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkörper (28) als Heizplatte ausgebildet ist, bevorzugt als Heizplatte aus einem Metallwerkstoff, und/oder dass der Heizkörper (28) und/oder die Heizplatte als Wärmeübertrager und/oder zur Temperaturänderung und/oder Temperaturregelung ausgebildet ist, insbesondere zur Wärmeübertragung auf eine Gasströmung und/oder zur Temperaturänderung und/oder Temperaturregelung einer Gasströmung.
  7. Heizsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen Kanal (16) eine Mehrzahl von Störkörpern (24) angeordnet ist und/oder dass der wenigstens eine Kanal mit Störkörpern (24) aufgefüllt oder zumindest abschnittsweise befüllt ist und/oder dass eine Mehrzahl von Störkörpern (24) in dem wenigstens einen Kanal (16) unbeweglich und/oder zumindest temporär fixiert ist.
  8. Heizsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Störkörper (24) mindestens 10% der Querschnittsfläche des Kanals (16) einnimmt, bevorzugt mehr als 20%, weiter bevorzugt mehr als 30%, noch weiter bevorzugt mehr als 40%, noch weiter bevorzugt mehr als 50%, noch weiter bevorzugt mehr als 60%, noch weiter bevorzugt mehr als 70%, noch weiter bevorzugt mehr als 80%.
  9. Heizsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen Kanal (16) eine Mehrzahl von Störkörpern (24) identischer Größe oder mit identischen Abmessungen angeordnet ist und/oder dass in dem wenigstens einen Kanal (16) Störkörper (24) mit unterschiedlichen Größen oder mit unterschiedlichen Abmessungen angeordnet sind.
  10. Heizsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kanal (16) eine Mehrzahl von Streckenabschnitten aufweist und die Größe oder die Abmessungen der Störkörper (24) in Abhängigkeit des jeweiligen Streckenabschnitts ausgewählt ist/sind und/oder dass die Größen oder Abmessungen der Störkörper (24) in einem Streckenabschnitt des Kanals (16) von den Größen oder Abmessungen der Störkörper (24) in einem anderen Streckenabschnitt des Kanals (16) abweichen.
  11. Heizsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Materialbett (12) oder dem Heizkörper (28) eine Mehrzahl von Kanälen (16) vorgesehen ist, die eine identische Länge und/oder eine identische Querschnittsgröße und/oder einen identischen Verlauf aufweisen und/oder dass der wenigstens eine Kanal (16) und/oder die mehreren Kanäle (16) durch gasundurchlässige Kanalwände begrenzt ist/sind und/oder dass in dem Materialbett (12) oder in dem Heizkörper (28) mehrere Kanäle (16) vorgesehen sind, die verschiedene Längen und/oder verschiedene Querschnittsgrößen und/oder verschiedene Verlaufsformen aufweisen.
  12. Heizsystem (10) zum Erwärmen eines Fluidstroms, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche und/oder für eine Heißgasschweißanlage, mit einem Materialbett (12) aus wärmeleitfähigem und/oder wärmespeicherndem Schüttgut (14), mit wenigstens einem innerhalb des Materialbetts (12) angeordneten Kanal (16) für die Durchleitung eines zu erwärmenden Fluidstroms und mit wenigstens einer in und/oder an dem Materialbett (12) angeordneten Heizquelle (18) zur Erzeugung von Wärme für die Beheizung des wenigstens einen Kanals (16), wobei das Materialbett (12) durch ein Schüttgutgemisch (14) gebildet ist, bevorzugt durch ein Schüttgutgemisch (14) aus einem wärmeleitfähigem Metallmaterial und wärmespeicherndem Sand und/oder Gesteinsmaterial.
  13. Heizkörper (28), insbesondere für ein Heizsystem (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 11, mit wenigstens einem durch gasundurchlässige Wandabschnitte begrenzten Kanal (16) zur Durchleitung eines zu erwärmenden Fluidstroms und mit einer Mehrzahl von in dem Kanal (16) angeordneten Störkörpern (24) zur Erzeugung und/oder Verstärkung einer turbulenten Strömung.
  14. Heißgasschweißanlage, insbesondere zum Heißgasschweißen von Kunststoffwerkstücken, mit einem Heizsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 12 und/oder einem Heizkörper (28) nach Anspruch 13 und mit einer Düsenvorrichtung für die Zuleitung eines erwärmten Fluidstroms auf ein zu schweißendes Werkstück.
  15. Verfahren zum Erwärmen eines Fluidstroms, insbesondere zum Heißgasschweißen von Kunststoffwerkstücken und/oder mit einem Heizsystem (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 12, bei dem ein Fluidstrom durch einen in einem Materialbett (12) aus wärmeleitfähigem und/oder wärmespeicherndem Schüttgut (14) ausgebildeten Kanal (16) geleitet wird und bei dem über eine in und/oder an dem Materialbett (12) angeordnete Heizquelle (18) Wärme erzeugt und über das Materialbett (12) auf den Fluidstrom im Kanal (16) übertragen wird.
EP21209435.3A 2020-11-21 2021-11-19 Heizsystem zum erwärmen eines fluidstroms Pending EP4000872A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020130828.0A DE102020130828A1 (de) 2020-11-21 2020-11-21 Heizsystem zum Erwärmen eines Fluidstroms

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP4000872A1 true EP4000872A1 (de) 2022-05-25
EP4000872A8 EP4000872A8 (de) 2023-02-22

Family

ID=78725251

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21209435.3A Pending EP4000872A1 (de) 2020-11-21 2021-11-19 Heizsystem zum erwärmen eines fluidstroms

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP4000872A1 (de)
DE (1) DE102020130828A1 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2238611A1 (de) * 1972-08-05 1974-02-21 Terracom Ets Speicherheizaggregat fuer gasfoermiges waermeentnahmemedium
DE2427349A1 (de) * 1973-08-17 1975-02-20 Zentralinstitut Schweiss Verfahren und anordnung zur einstellung des waermeueberganges bei heissgasschweissbrennern fuer plaste
DE3212479A1 (de) * 1981-10-15 1983-10-13 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Vorrichtung zur durchfuehrung eines schweissverfahrens zur verbindung von kunststoffteilen

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10104261A1 (de) 2001-01-31 2002-08-14 Andreas Nordhoff Verfahren und Vorrichtung zur Erwärmung von Luft
DE102019130670B4 (de) 2019-11-13 2022-08-18 Precon Engineering GmbH Heizelement, Vorrichtung und Verfahren zum Heißgasschweißen von Kunststoffteilen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2238611A1 (de) * 1972-08-05 1974-02-21 Terracom Ets Speicherheizaggregat fuer gasfoermiges waermeentnahmemedium
DE2427349A1 (de) * 1973-08-17 1975-02-20 Zentralinstitut Schweiss Verfahren und anordnung zur einstellung des waermeueberganges bei heissgasschweissbrennern fuer plaste
DE3212479A1 (de) * 1981-10-15 1983-10-13 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Vorrichtung zur durchfuehrung eines schweissverfahrens zur verbindung von kunststoffteilen

Also Published As

Publication number Publication date
EP4000872A8 (de) 2023-02-22
DE102020130828A1 (de) 2022-05-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3585509A1 (de) Wärmeübertrager und reaktor
DE1501590A1 (de) Waermetauscher und Verfahren zu dessen Herstellung
DE2536657C3 (de) Wärmeaustauscher zum Vorwärmen von Verbrennungsluft für insbesondere ölbeheizte Industrieöfen
WO2014146795A1 (de) Rohrbündelrekuperator an einem sinterofen sowie wärmeübertragungsverfahren mit einem sinterofen und mit einem rohrbündelrekuperator
DE6901693U (de) Waermeaustauscher
DE202010000027U1 (de) Latentwärmespeicher
EP2562485B1 (de) Medienheizer
EP4000872A1 (de) Heizsystem zum erwärmen eines fluidstroms
DE1541091B1 (de) Langgestreckte Laufzeitroehre mit gekuehltem Daempfungselement
DE60307761T2 (de) Vorrichtung zur Heizung von fliessfähigen Werkstoffen beim Spritzgiessen
EP0328043B1 (de) Wärmetauscher
EP1624270B1 (de) Wärmezelle für ein Heizgerät
EP1517585B1 (de) Heizplatte
WO2008003291A1 (de) Heizkörper, insbesondere röhrenradiator
EP2151523B1 (de) Infrarot-Strahler
DE102008032833A1 (de) Nahrungsmittelbehandlungsgerät
EP0534104A2 (de) Mantelstrahlheizrohr
DE3916316A1 (de) Verfahren zur herstellung eines kopfstuecks eines waermetauschers
DE112009002403B4 (de) Stirlingmotor
DE102022118919A1 (de) Gaserhitzer
EP0816776B1 (de) Gasbeheizter Wassererhitzer und wassergekühlte Brennkammer
DE102005056644B3 (de) Wärmetauscherbaugruppe für eine Einrichtung zur Konditionierung von in einen Fahrzeuginnenraum einzuleitender Luft
EP0048873B1 (de) Wärmeübertrager
WO2010139620A9 (de) Vorwärmvorrichtung zum vorwärmen von flüssigem und/oder gasförmigem treibstoff für eine brennkraftmaschine
DE3001174C2 (de) Wirbelbettbrennkammer

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20221122

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20240424